9.10.3. Сопротивления обмоток двигателей с короткозамкнутыми роторами

Активное сопротивление фазы обмотки статора двигателя с короткозамкнутым ротором рассчитывается так же, как и для двигате­ля с фазным ротором.

Активное сопротивление фазы короткозамкнутого ротора опреде­ляется следующим образом. Как говорилось выше, за фазу обмотки, выполненной в виде беличьей клетки, принимают один стержень и два участка замыкающих колец (см. рис. 9,35). Токи в стержнях и за­мыкающих кольцах различны, поэтому их сопротивления при рас­чете общего сопротивления фазы должны быть приведены к одному току. Таким образом, сопротивление фазы короткозамкнутого ро­тора r₂ является расчетным параметром, полученным из условия равенства электрических

Рис. 9.51. Коэффициенты к расчету проводимости

дифференциального рассеяния:

а — коэффициент Δz в зависимости от размерных соотношений b_ш/t_zи b_ш/S;

б — коэффициент k' в зависимости от дробной части числа q;

в — коэф­фициент К' в зависимости от укорочения шага обмотки β;

г — коэффициент К''_βв зависимости от укорочения шага обмотки β и дробной части чис­ла q;

д — коэффициент k'_скв зависимости от соот­ношенияt_z2/t_z1и относительного скоса пазов β_ck

потерь в сопротивлении r₂ от тока I₂ и сум­марных потерь в стержне и участках замыкающих колец соответственно от тока в стержне I_c и тока в замыкающем кольце I_кл реальной машины:

(9.166)

где I_с — ток в стержне ротора; I_кл — ток в замыкающих кольцах; r_C — сопротивление стержня; r_кл — сопротивление участка замыка­ющего кольца, заключенного между двумя соседними стержнями (см. рис. 9.35).

Ток I_с называют током ротора и в расчетах обозначают I₂.

Учитывая, что

I_кл = I_с /Δ = I₂ /Δ, (9.167)

где Δ = 2sin — (см. § 9.7), из (9.167), получаем

r₂ = r_с + 2(9.168)

где

r_c = ; (9.169)

r_кл = (9.170)

В этих выражениях I_с — полная длина стержня, равная расстоя­нию между замыкающими кольцами, м; D_кл._ср — средний диаметр замыкающих колец, м (см. рис. 9.37):

D_кл._ср = D₂ - h_кл; (9.171)

q_c — сечение стержня, м²; k_r — коэффициент увеличения активного со­противления стержня от действия эффекта вытеснения тока; при рас­чете рабочих режимов в пределах изменения скольжения от холостого хода до номинального для всех роторов принимают k_r = 1; q_кл — площадь поперечного сечения замыкающего кольца, м²; р_с и р_кл — соответственно удельные сопротивления материала стержня и замыкающих колец, Омм, при расчетной температуре (см. табл. 5.1).

Сопротивление r₂ для дальнейших расчетов должно быть приве­дено к числу витков первичной обмотки. Выражение коэффициента приведения для сопротивления фазы короткозамкнутого ротора по­лучают, подставляя в (9.151) значения m₂ = Z₂, w₂ = 1/2, k_об2 = 1 и учитывая влияние скоса пазов:

(9.172)

где коэффициент скоса пазов (по 3.17)

k_ск = 2 sin ;

Обычно значения β_ск выражают в долях зубцового деления ротора t_z2. При скосе пазов ротора на одно зубцовое деление стато­ра γ_ck = π2p / Z₁. В этом случае в двигателях с 2р = 2 из-за малости угла γ_ck принимают k_cк = 1.

Приведенное значение активного сопротивления фазы обмотки короткозамкнутого ротора

r'₂ = r₂ v₁₂. (9.173)

Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора асинх­ронного двигателя с короткозамкнутым ротором рассчитывается по той же формуле, что и для статора с фазными роторами, т. е.

x = 1,58 (9.174)

Входящий в формулу коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния λ_п определяют в зависимости от конфигурации пазов по формулам табл. 9.26.

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния λ_л определяется по (9.159).

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния λ_д1 определяют по формуле

(9.174а)

в которой ξ, находят следующим образом.

При открытых пазах статора и отсутствии скоса статора или ротора

(9.175)

При полузакрытых или полуоткрытых пазах статора с учетом скоса пазов

(9.176)

В этих формулах t_z1 и t_z2 — зубцовые деления статора и ротора; Δ_Z определяют по кривой рис. 9.51, a, k_β определяют по (9.155) или (9.158); β_cк = β_cк/t_z2 — скос пазов, выраженный в долях зубцового деления ротора. При отсутствии скоса пазов b_ск = 0; k'_cк определяют по кривым рис. 9.51, д в зависимости от t_z2/t_z1 и β_cк (при отсутствии скоса пазов — по кривой, соответствующей β_ск = 0).

Индуктивное сопротивление обмотки короткозамкнутого ротора определяют по формуле

(9.177)

полученной после подстановки в (9.152) значений m₂ = Z₂ и q₂ = 1/(2р) обмотки короткозамкнутого ротора и введения дополнительного слагаемого λ_ск.

Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния обмотки короткозамкнутого ротора рассчитывают по приведенным в табл. 9.27 формулам в зависимости от конфигурации паза ротора (рис. 9.52).

Таблица 9.27. Расчетные формулы для определения коэффициентов

магнитной проводимости пазового рассеяния короткозамкнутых роторов

Рисунок	Расчетные формулы
9.52, а
9.52,6
9.52, в
9.52, г
9.52, д

При расчете номинального режима двигателя во всех формулах k_д= 1.

При закрытых пазах ротора любой конфигурации (рис. 9.52, а—д) в расчетных формулах табл. 9.27 нужно при шлицах по рис. 9.52, е слагаемые h_ш /b_ш заменить на 0,3 + 1,12 • 10⁶, по рис. 9.52, ж — наh_ш/b_ш + 1,12 • 10⁶, где— толщина ферромагнит­ной перемычки над пазом, м;I₂ — ток ротора, А.

Рис. 9.52. К расчету коэффициентов магнитной проводимости

пазового рассеяния короткозамкнутых роторов:

а — д — полузакрытые пазы; е, ж — закрытые пазы

Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния рассчитывают в зависимости от размеров и расположения замыкающих колец обмотки по следующим формулам.

В роторах с литыми обмотками при замыкающих кольцах, прилегающих к торцам сердечника ротора (см. рис. 9.37, б), используют формулу

(9.178)

Если замыкающие кольца отставлены от торцов ротора (см. рис. 9.37, а), как, например, в обмотке, выполненной из медных или латунных стержней, впаянных в замыкающие кольца, расчет прово­дят по формуле

(9.179)

В этих формулах D_кл.ср — средний диаметр замыкающих колец по (9.171); Δ = 2 sin πρ/Z₂ — коэффициент приведения токов в кольце к току в стержне; h_кл и b_кл — средние высота и ширина колец (см. рис. 9.37); ; — по (9.154).

Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния обмотки, короткозамкнутого ротора

(9.180)

где

(9.181)

Δ_Z находят по кривым рис. 9.51, а.

Как видно из (9.181), при большом числе пазов ротора, приходя­щихся на пару полюсов: Z₂/p ≥ 10, без заметной погрешности можно принять ξ = 1.

Коэффициент проводимости скоса, учитывающий влияние на ЭДС обмотки ротора скоса пазов,

, (9.182)

где β_ск — скос пазов, выраженный в зубцовых делениях ротора. При скосе пазов на одно зубцовое деление ротора β_ск = 1; k_μ — коэффициент насыщения магнитной цепи (по 9.129).

Приведенное к числу витков обмотки статора индуктивное со­противление обмотки короткозамкнутого ротора

х'₂ = х₂ γ₁₂ (9.183)

где v₁₂ — по (9.172).

Сопротивление схемы замещения r_μ (см. рис. 9.47, а) является расчетным. Введением его в схему замещения учитывают влияние потерь в стали статора на процессы в асинхронной машине, поэтому значение сопротивления r_μ должно быть принято таким, чтобы выделяющаяся в нем активная мощность была равна мощности, затрачиваемой на потери в стали в реальной машине и отнесенной к одной фазе. Таким образом, r_μ = Р_СТ/(m I²_0a ), так как активные потери в стали определяются активной составляющей тока холостого хода ,I_0а. Из схемы замещения r_μ = где.

Сопротивление взаимной индукции обмоток статора и ротора x_μ по схеме замещения может быть определено как x_μ = Е₁\I_μ.

В расчетной практике параллельное включение сопротивлений r_μ и х_μ оказалось удобнее заменить последовательно включенными сопротивлениями r₁₂ и х₁₂ (см. рис. 9.47, 6), значения которых опре­деляют из условия

откуда

и

Так как в асинхронных машинах r_μ ≤ x_μ, то х₁₂ ≈ х_μ, а r₁₂ << х₁₂. В связи с этим значение r₁ не играет заметной роли при анализе процессов в машине, и в расчетах им часто пренебрегают.

Сопротивления r₁ и х₁₂ с достаточной для обычных расчетов точностью определяют по следующим формулам:

r₁₂ = P_cт.осн / (m I²_μ) ; (9.184)

(9.185)